離子交換原理

離子交換設備是通過離子交換樹脂在電解質(zhì)溶液中進行的，可去除水中的各種陰、陽離子，是目前制備高純水工藝流程中不可替代的手段。離子交換器分為陽離子交換器、陰離子交換器等。當原水通過離子交換柱時，水中的陽離子和水中的陰離子（HCO-等離子）與交換柱中的陽樹脂的H+離子和陰樹脂的OH-離子進行交換，從而達到脫鹽的目的。根據(jù)不同客戶對水質(zhì)的要求，相應的把幾種工藝不同的組合在一起可使水質(zhì)達到更高的要求。

陽離子交換系統(tǒng)

陽離子交換樹脂可交換的陽離子，把水中所含的鈣、鎂等離子交換出來，從而達到降低用水硬度的目的，典型反應可用下列離子反應式表示：

Ca2++2RNa=R2Ca+2Na2+

Mg2++2RNa=RMg+2Na2+

其出水的硬度可降至0.03mmol/L以下，從而提高Ro反滲透純水機除鹽能力。

其工作原理是，當水流經(jīng)過樹脂層時，陽樹脂中比較活潑的Na+將水中金屬離子交換出來，經(jīng)過一定時間，當出水硬度超過某一規(guī)定值后，離子交換樹脂飽和，不再起軟化作用。為恢復離子交換樹脂的交換能力，離子交換樹脂必須進行再生（又稱還原），本系統(tǒng)采用手動控制，需人工操作。

陰離子交換系統(tǒng)

陰樹脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)式可簡單表示為R—SO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為

2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+這也是硬水軟化的原理。

陰離子交換樹脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等堿性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為 R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH- 由于離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或堿進行洗滌，可恢復到原狀態(tài)而重復使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。

離子交換樹脂的用途很廣，主要用于分離和提純。例如用于硬水軟化和制取去離子水、回收工業(yè)廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。